Начало » Усилители » Усилители на транзисторах » Усилитель класса А для низкоомных и высокоомных наушников

 
 
 

Усилитель класса А для низкоомных и высокоомных наушников

04.10.13   AlexRio   54 100   66  

Прошло каких-то полгода с той поры, как я начал регулярно слушать любимую музыку через наушники – и вот я «закоренелый аудиофил». Качество звука, которое устраивало меня раньше, теперь кажется отвратительным.
Прослушивание аудио материала происходит только дома, в спокойной атмосфере. И только через любимые наушники и только через усилитель, работающий в классе А.
О последнем я и хочу рассказать в этой статье.

От Эллиотта к Мультисиму

Это второй собранный мною усилитель для наушников, о первом я писал здесь: Мощный усилитель для наушников. Не могу сказать, что усилитель многоуважаемого Рода Эллиотта чем то меня не устраивал. Исправно работал как с наушниками любого сопротивления, так и с АС (мои старенькие Microlab SOLO2 играли приятно и чисто, но не громко), не выдавал абсолютно никакого фона, абсолютно не грелся. Но захотелось мне чего-то большего, сам не знаю чего, если честно.
Решил «поиграться» с уже знакомой схемой в программе эмуляторе электрических схем – NI Multisim от National Instruments Electronics.

Задачи для нового наушникового усилителя

Начал с того что поставил сам себе следующее тех. задание на разработку будущего усилителя:
  • непременно должен работать в классе А;
  • должен работать с нагрузками от 32 до 600 Ом (диапазон сопротивлений общедоступных наушников);
  • должен выдавать не менее 5 мВт мощности при любой нагрузке (более чем достаточная громкость, моим наушникам хватает 2 мВт);
  • не должен «фонить» (фон в наушниках раздражает ужасно);
  • должен состоять из широко распространённых, доступных деталей;
  • рассеиваемая мощность не должна превышать 3 Вт для одного канала;
  • плата должна быть размером 90х110 мм.
Два последних требования обусловлены тем, что новый усилитель должен был занять своё место на уже готовом шасси, в уже готовом закрытом корпусе, без какой либо вентиляции (ну не люблю я «дырявые» стенки корпусов).

Оптимизация схемы усилителя

После знакомства с интерфейсом Multisim, накидал схему Р. Эллиотта, симулятор выдал ровно то, что я собственными глазами видел на экране реального осциллографа. Понял, что симулятор с достаточной точностью строит модель реальной схемы, с учётом не идеальности применённой элементной базы – очень хорошо!

Переделке, главным образом подвергся выходной каскад усилителя. Нужно было увеличить напряжение смещения транзисторов, загнав тем самым каскад глубже в класс А. Изучив теорию, понял, что есть два основных способа: с помощью диодов/светодиодов или транзистора.
Стабилитронами, как я выяснил, этого делать не рекомендуют из-за высоких собственных шумов.
По ряду причин я выбрал светодиоды: во-первых их у меня много и разных, во-вторых они не занимают много места, и в-третьих они обеспечивают необходимое мне падение напряжения.

После испытаний в программе и подбора номиналов, согласно требованиям тех. задания, родилась следующая схема (рис.1)
Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа!

Рис.1 Схема усилителя. Исправлено 06/10/2016 г.


С учётом разброса параметров элементов, Multisim выдал следующую картину (рис.2)

Рис.2 Несколько основных параметров модели (входной сигнал - синус частотой 20 КГц амплитудой 0.875 В)


Для будущего усилителя я выбрал следующую АЧХ (рис.3):

Рис.3 АЧХ модели усилителя (входной сигнал - синус амплитудой 1 В)


Работа схемы и некоторые нюансы

Коэффициент усиления выбран равным примерно 2, объясню почему.
Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа!


Печатная плата усилителя

Закончив с виртуальными испытаниями новой схемы, я переехал в другую, уже родную программу Sprint Layout. Трассировке цепей усилителя я посвятил около 10 вечеров свободного времени! Но оно, по моему мнению, того стоило. Усилитель удалось вписать в заданные габариты, не жертвуя при этом качеством.
Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа!


06/10/2016 Обнаружена ошибка! В одном из каналов перепутана разводка баз выходных транзисторов.

Следует взаимно поменять подключение баз нижних по рисунку транзисторов BD140-BD139, например, доп. проводками. Нужно также поменять полярность отмеченного конденсатора и диодов.

04/11/2016 Обнаружена ошибка!

Следует изменить дорожку от плюсовой и минусовой шин к резисторам 910 Ом, как на рисунке. В архивах файл исправлен. Кто оптимизирует ПП, присылайте, прикрепим от вашего имени.


Использованые детали

Потенциометр малогабаритный ALPS для печатного монтажа с логарифмической характеристикой.
Операционный усилитель LM4562 от Texas Instruments.
Транзисторы BD139-10, BD140-10 производства ST Microelectronics.
Все электролиты Low ESR от Jamicon, все плёночные конденсаторы – аналоги К73-17 от JB.
С3 и С4 (рис.1) - керамические конденсаторы (импортные NPO или наши K-10-17).
Все резисторы 0.25 Вт. В эмиттерных цепях - 1 Вт, например, С2-29, МЛТ-1 или С2-33Н-1, лучше с допуском 1%.
Светодиоды отечественные 3Л341И. Подойдут любые с падением напряжения примерно 2 В.
Радиаторы должны быть способны рассеять по 3 Вт мощности каждый.

Элементы я по номиналам не подбирал за исключением резисторов, они с допуском в 1%.

Сборка усилителя

Собранный усилитель представлен на рис. 5

Рис. 5 Мой усилитель

Несколько советов для желающих повторить конструкцию. Как видите, монтаж плотный. Поэтому вначале лучше впаивать низкие элементы (резисторы), две перемычки у разъёма питания. Светодиоды распаяны «домиком» - два снизу и один (средний) сверху.

Рис. 6 Плотный монтаж


Входные и выходные сигналы можно вывести через разъёмы, вроде тех, что питают вентиляторы на материнских платах, шаг такой же. Я предпочёл просто впаять провода в плату. Питание к усилителю подводится, в моем случае, через разъем от компьютерного БП. Если такого не окажется под рукой, провода питания можно впаять непосредственно в плату.

А вот ОУ лучше не впаивать. Специальная переходная колодка не только упростит замену при выходе из строя, но также позволит определиться с наиболее предпочтительным ОУ для себя любимого.

Плёночные конденсаторы на входе усилителя подойдут практически любого типа и размера (специально отвёл место на плате). Два керамических конденсатора С3 и С4 припаиваются со стороны дорожек, чтобы быть как можно ближе к ОУ.
Радиаторы устанавливаются на транзисторы через диэлектрические теплопроводящие прокладки в конце сборки.

Измерение характеристик

Так получилось, что у меня до сих пор нет сколько-нибудь приличной звуковоспроизводящей аппаратуры. Я мечтаю изготовить внешний ЦАП для ПК с автономным питанием. До живого прибора пока далеко. Поэтому, прошу прощения, характеристики усилителя я снимал с помощью встроенной в ноутбук звуковой карты Realtek. Такие измерения не претендуют на объективность, но позволяют косвенно оценить качественные характеристики изготовленного прибора.

С помощью бесплатного программного обеспечения от отечественных разработчиков Right Mark Audio Analyzer 6.3.0 я провёл несколько измерений. Суть их в следующем: я подключал выход звуковой карты на её вход напрямую, через экранированный специально изготовленный кабель с ответвлением для нагрузки в виде наушников Creative Aurvana Live (32 Ohm) и прогонял тест в RMAA.
Затем подключал к выходу звуковой карты прогретый усилитель, и уже его выход подключал ко входу звуковой карты через спец. кабель с наушниками и снимал показания.

Результаты меня приятно удивили. На рис. 7 краткая сводка теста (полная версия в архиве для скачивания в конце статьи)

Рис.7 Сводка теста RMAA 6.3.0 слева без усилителя, справа с усилителем.


Итого

Подытожу результаты проделанной работы по пунктам согласно моему тех. заданию, итак усилитель:
  • функционирует в классе А с амплитудой выходного сигнала до 1.75 В;
  • работает с нагрузками от 32 до 600 Ом;
  • фон отсутствует абсолютно (при работе с источником питания из моей первой статьи);
  • состоит из недорогих, широко распространённых элементов;
  • рассеиваемая мощность при простое примерно 2.7 Вт для одного канала;
  • помещается на плате 90х110 мм вместе с радиаторами охлаждения транзисторов;
  • легко поддаётся модернизации под конкретное сопротивление нагрузки;

Файлы

Схема усилителя в SPlan 7.0, печатка усилителя в Sprint Layout 6.0, модель усилителя в Multisim 12 и результаты тестов RMAA 6.3.0 в архиве.
Архив обновлён 04-11-2016 г. В архиве исправленая схема, сохранен оригинал ПП с ошибками и добавлен новый вариант ПП без ошибок, но не оптимизированый. Кто сделает лучше - пожалуйста присылайте, добавим.
arhiv-v2-ipk2016.zip 🕗 04/11/16 ⚖️ 393,44 Kb ⇣ 69

Немного субъективизма

Этот усилитель, как мне показалось, звучит детальней и ярче моего первого усилителя. И если раньше после часа прослушивания фонограмм уши уставали и как будто наполнялись ватой, с этим усилителем такого ощущения нет – не знаю чем это объяснить. Описывать звук словами – пустое дело, нужно слушать.

Буду рад вашим комментариям, особенно содержащим конструктивную критику и замечания.
Спасибо за внимание!
Александр (AlexRio)
РФ
Профиль AlexRio
Александр, в свободное время люблю конструировать аудиоусилители, и прочие "полезные" в быту вещи.
 

Читательское голосование

Нравится

Статью одобрили 55 читателей.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.
 

Поделись с друзьями!

 

 

Связанные материалы

 

Схема на Датагоре. Новая статья Малогабаритный ламповый усилитель SRPP для наушников. Печатные платы, подсветка, корпус... На необъятных просторах Интернета подобный усилитель многократно обсуждался в различных вариантах...
Схема на Датагоре. Новая статья Усилитель для наушников "Green JLH". Класс А на трёх транзисторах... Доброго воскресного утра, датагорцы! Предлагаю полезную конструкцию выходного дня: сделаем простой...
Схема на Датагоре. Новая статья Мощный усилитель для наушников на основе схемы Рода Эллиотта (ESP)... Здравствуйте! Хочу поделиться с датагорцами своим скромным опытом создания телефонного усилителя...
Схема на Датагоре. Новая статья Моя печатная плата SRPP усилителя для наушников... Недавно прочитал на Датагоре статью Сделай сам SRPP усилитель для наушников на 6Н6П и решил...
Схема на Датагоре. Новая статья Наушниковый усилитель Symphonic Alfa 2012... Усилитель для наушников 32…600 Ом с токовой ООС и в классе «А». Характеристики• Однополярное...
Схема на Датагоре. Новая статья Простой усилитель для наушников с токовым выходом... Проблема качественного, но простого и дешевого усилителя для наушников остается актуальной. Лично у...
Схема на Датагоре. Новая статья Усилитель для наушников на LM1876 в корпусе компьютерного БП... Предлагаю собрать мой вариант усилителя для наушников. Плюсы: компактный размер, простота сборки,...
Схема на Датагоре. Новая статья Портативный усилитель для головных телефонов RED-31 c 3V питанием... Перевод и адаптация: Игорь "Датагор" Котов, 2010г. Источник: redcircuits.com Высококачественный...
Схема на Датагоре. Новая статья Гибридный усилитель для наушников c полевыми транзисторами.... Давно хотелось послушать как же лампа с камнем в тандеме звучат. Решил собрать гибридный усилитель...
Схема на Датагоре. Новая статья TDA7050 - усилитель для наушников и простой микшер на 18 каналов... TDA7050 от PHILIPS это стерео усилитель для наушников. Минимальная обвеска, надежность. Не сгорает...
Схема на Датагоре. Новая статья Суперские отбойно-молоточные наушники за 30 секунд!... Слышали про системы активного подавления шумов (ANCS - active noise cancelling system) в наушниках?...
Схема на Датагоре. Новая статья Реальный безтрансформаторный ламповый усилитель для низкоомных наушников по мотивам «Лаконика»... Безтрансформаторный ламповый усилитель для головных телефонов с максимальной возможностью...
 

Общаемся по статье 💬

«Усилитель класса А для низкоомных и высокоомных наушников»

Комментарии, вопросы, ответы, дополнения, отзывы

 

Назад Вперед
<

andrew_spb

Андрей Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 1 от 04-10-13, 23:10.
Ответить
  • С нами с 21.02.2009
  • 131 комментарий
  • 2 публикации
 
Все отлично, хорошая работа, даже измерения сделаны и приведены все подробности. Одно НО! "И только через любимые наушники ..."
Очень легко посадить уши....

<

AlexRio

Александр Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 2 от 04-10-13, 23:30.
Ответить
  • С нами с 2.06.2013
  • 34 комментария
  • 2 публикации
 
Андрей, согласен с вами наушники - компромис. Но чтобы получить сравнимое качество звука, используя АС, придется потратить хотя бы раз в 10 больше денег. Причем затрат потребует не только покупка оборудования, подготовка помещения для прослушивания и грамотная настройка тоже не дешевы. С наушниками все намного проще.

<

AudioKiller

Игорь Рогов Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 3 от 05-10-13, 0:42.
Ответить
  • С нами с 10.01.2012
  • 293 комментария
  • 3 публикации
 
При такой глубокой ООС (Ку=2), выходное сопротивление усилителя низкое, несмотря на довольно большую величину R16-R19. Но большие сопротивления - это в этом месте хорошо.

<

AlexRio

Александр Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 4 от 05-10-13, 1:20.
Ответить
  • С нами с 2.06.2013
  • 34 комментария
  • 2 публикации
 
R16-R19 могут быть больше номиналом для высокоомных наушников, это один из способов адаптации усилителя под конкретную нагрузку. Ток покоя уменьшится, "граница" класса А отодвинется дальше. Игорь Евгеньевич, спасибо за ваши статьи и советы, много полезного подчерпнул для себя, теперь применяю на практике, в частности в этой доработке.

<

ads

Дмитрий Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 5 от 05-10-13, 17:29.
Ответить
  • С нами с 28.02.2009
  • 8 комментариев
  • 0 публикаций
 
На схеме резисторы 47к, на печатке (они же) 51к. На фотках не видно, что стоит в реале.

<

AlexRio

Александр Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 6 от 05-10-13, 18:13.
Ответить
  • С нами с 2.06.2013
  • 34 комментария
  • 2 публикации
 
Дмитрий, спасибо! На рис.1 все номиналы правильные. А печатку после многочисленных тестов подправить забыл. 47к чуточку более правильный номинал нежели 51к.

<

koan51

Александр Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 7 от 08-10-13, 21:49.
Ответить
  • С нами с 18.03.2010
  • 60 комментариев
  • 5 публикаций
 
Мощность в нагрузке рассчитывается по формуле P=U^2/R
Для расчета берется действующее значение напряжения.

<

BVLabs

Валентин Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 8 от 09-10-13, 1:51.
Ответить
  • С нами с 24.05.2008
  • 6 комментариев
  • 1 публикация
 
На схеме точка соединения резисторов R2 и R3 висит в воздухе. Поправьте.

<

Datagor

Игорь Котов Читатель Датагора
  • Главный редактор
Комментарий # 9 от 11-10-13, 15:46.
Ответить
  • С нами с 26.02.2006
  • 2 253 комментария
  • 274 публикации
 
Валентин, спасибо, поправили!

<

kuziamich

Вадим Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 10 от 22-11-13, 21:50.
Ответить
  • С нами с 1.01.2009
  • 84 комментария
  • 6 публикаций
 
Транзисторы BD139-10, BD140-10 - подскажите их аналоги пожалуйста

<

AlexRio

Александр Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 11 от 22-11-13, 22:18.
Ответить
  • С нами с 2.06.2013
  • 34 комментария
  • 2 публикации
 
КТ815, КТ814 соответственно аналоги BD139, BD140. Транзисторы с индексом 16 на конце имеют больший коэффициент усиления, что не критично для этой схемы. А вообще это не военная тайна, информации об отечественных аналогах зарубежной элементной базы в интернете полно.

<

kuziamich

Вадим Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 12 от 22-11-13, 22:51.
Ответить
  • С нами с 1.01.2009
  • 84 комментария
  • 6 публикаций
 
а импортные аналоги есть?

<

AlexRio

Александр Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 13 от 22-11-13, 22:59.
Ответить
  • С нами с 2.06.2013
  • 34 комментария
  • 2 публикации
 
Цитата: kuziamich
  а импортные аналоги есть?

Если ищете замену именно для этой схемы, то хорошо подойдут MJE243 и MJE253 - они менее распространенные и более дорогие, но имеют несколько лучшие характеристики.

<

kuziamich

Вадим Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 14 от 25-11-13, 14:51.
Ответить
  • С нами с 1.01.2009
  • 84 комментария
  • 6 публикаций
 
что то ни тех ни тех нет в наличии в моем городе, по этому и спрашивал про альтернативу

<

AlexRio

Александр Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 15 от 25-11-13, 15:47.
Ответить
  • С нами с 2.06.2013
  • 34 комментария
  • 2 публикации
 
Тогда ищите транзисторы средней мощности на ток минимум 1 А, с коэффициентом усиления побольше. Но только не те которые предназначены для работы в качестве ключей. Выбор ну очень велик. Схему я лично испытывал с нашими кт815/14, bd139/40, mje243/53 - все было ОК, разницы на слух не было, потому их и советовал.

<

kuziamich

Вадим Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 16 от 03-12-13, 22:04.
Ответить
  • С нами с 1.01.2009
  • 84 комментария
  • 6 публикаций
 
Цитата: Alexzemlehanov
  bd139/40,

нашел такие, спасибо за подсказки, буду в скором собирать девайс,
можно пару слов о схеме питания и трансформаторе пожалуйста

Назад Вперед

Добавить комментарий, вопрос, отзыв 💬

Камрады, будьте корректны и вежливы, соблюдайте правила!


Налетай! Паяльники, станции, жала с доставкой

Офигенная миниатюрная рация на литии BaoFeng UV-5R, 5W, 5-15 км!

Тестер универсальный LCR-TC1 для транзисторов, конденсаторов, ESR, MOSFET и т.д.
  • smilelolhellowinkscepticthumbupbored
    crazybadcryingsadirefulsickstraight
    ballooncakegooddrinksmailbombsun
    nightrainstarscolddashpartyhandshake
    musicnegativenowordspardonshoksleepunknown
    wackoyawnsainthelmethashsmokingwhew


Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос.